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微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。由于环境影响和能量耗尽，节点容易出现故障；环境干扰和节点故障易造成网络拓扑结构的变化；另外，传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能量都十分有限。传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用，其次才是考虑节约能量；而传感器网络的首要设计目标是能量的高效使用。介质访问控制协议(MAC，属于数据链路层的子层，网络协议栈由底层往上分别为：物理层，数据链路层，网络层，传输层，应用层)决定无线信道的使用方式，在传感器节点之间分配有限的无线通信资源，用来构建传感器网络的底层基础结构。MAC协议处于传感器网络协议的底层部分，对传感器网络的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关键技术之一[1]。本文研究了以节约能量为首要设计目标的MAC协议，在传感器网络设备监测应用中，大量传感器节点部署在监测区域内，在无人监管的情况下对设备对象进行持续的数据采样，采集的数据需要实时的上报给汇聚节点，从而得到迅速处理。因此，尽可能节省能耗和降低通信延时是这类应用需要解决的关键问题。本文依据设备监控应用对无线传感器网络的需求，对无线传感器网络MAC协议设计的若干关键技术进行了研究。重点针对当前无线传感器MAC协议在能量消耗和通信延时两方面的不足，提出了新型的节能和延时控制改进算法。
本文首先探讨了设计MAC协议所需要考虑的问题和基本思路，重点针对近几年几种典型的传感器网络MAC协议进行了分类研究和总结，并在此基础上选定了基于竞争的MAC协议作为设备监控测试系统MAC协议的设计方案，同时还给出了能耗问题和延时间题的解决方法。针对周期性睡眠唤醒调度类MAC协议的延时间题，本文通过对多跳网络环境中端到端的数据传输延时的分析，提出了一种低延时的无线传感器网MAC协议CB-MAC。CB-MAC采用RTS-CTS机制实现了链路层的可靠传输，同时解决了控制报文开销相对较大的问题，实现了数据的多跳连续转发。模拟结果表明，CB-MAC在报文平均延迟和吞吐量方面取得了较大的性能提高。